Οι ερευνητές βρίσκουν νέο τρόπο για να βελτιώσουν την ανάλυση επεξεργασίας λέιζερ

Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Tohoku στην Ιαπωνία χρησιμοποίησε με επιτυχία μια προσαρμοσμένη ακτινικά πολωμένη δέσμη λέιζερ για να εστιάσει στο εσωτερικό ενός υλικού για να παράγει μικροσκοπικά σημεία φωτός, κάτι που με τη σειρά του βελτιώνει σημαντικά την ανάλυση της επεξεργασίας υλικού λέιζερ.
Αυτή η καινοτόμος προσέγγιση, που περιγράφεται λεπτομερώς στο περιοδικό Optics Letters, φέρνει επανάσταση στην τεχνολογία επεξεργασίας λέιζερ.
Η τεχνολογία επεξεργασίας λέιζερ διαδραματίζει ζωτικό ρόλο σε μια σειρά από βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της αυτοκινητοβιομηχανίας, των ημιαγωγών και των φαρμακευτικών προϊόντων, ειδικά στη μηχανική κατεργασία ακριβείας όπως η διάτρηση και η κοπή. Παρόλο που οι πηγές λέιζερ υπερβραχέων παλμών μπόρεσαν να επιτύχουν ακριβή επεξεργασία σε κλίμακα από μικρά έως δεκάδες μικρά, η σύγχρονη βιομηχανία και η επιστημονική έρευνα έχουν δει μια αυξανόμενη ζήτηση για επεξεργασία μικρότερης κλίμακας, με ακρίβεια κάτω από 100 νανόμετρα να αποτελεί ανυπέρβλητο εμπόδιο για την τρέχουσα τεχνολογία.
Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Τοχόκου εστίασαν σε ακτινικά πολωμένες ακτίνες λέιζερ, ειδικές διανυσματικές δέσμες που δημιουργούν διαμήκη ηλεκτρικά πεδία στο εστιακό σημείο, με αποτέλεσμα ένα μικρότερο σημείο από τις συμβατικές δέσμες. Αν και αυτή η ιδιότητα δείχνει μεγάλη δυνατότητα επεξεργασίας, η φωτοδιάθλαση στη διεπαφή αέρα-υλικού προκαλεί την αποδυνάμωση του σημείου μέσα στο υλικό, περιορίζοντας την εφαρμογή του.
Για να ξεπεράσει αυτή την πρόκληση, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε δημιουργικά την αντικειμενική τεχνική εμβάπτισης λαδιού, η οποία χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομικροσκοπία. Εφαρμόζοντας τον αντικειμενικό στόχο εμβάπτισης λαδιού σε ένα υπόστρωμα γυαλιού επεξεργασμένο με λέιζερ, το φως δεν κάμπτεται καθώς περνά μέσα από το βυθισμένο λάδι και το γυαλί επειδή το λάδι και το γυαλί έχουν παρόμοιους δείκτες διάθλασης, διασφαλίζοντας έτσι τη σταθερότητα και την ακρίβεια του σημείου.
Οι ερευνητές εμβάθυνσαν περαιτέρω στη συμπεριφορά των ακτινικά πολωμένων δεσμών και διαπίστωσαν ότι το διαμήκη πεδίο ενισχύεται σημαντικά όταν η δέσμη εστιάζεται και συνδυάζεται με μια οθόνη δακτυλίου. Αυτό το αποτέλεσμα βελτίωσης προκύπτει από την ολική ανάκλαση με υψηλή γωνία σύγκλισης στη διεπαφή γυαλιού-αέρα. Χρησιμοποιώντας αυτή τη δακτυλιοειδή ακτινικά πολωμένη δέσμη, η ομάδα πέτυχε να δημιουργήσει ένα μικροσκοπικό σημείο εστίασης.
Στη συνέχεια εφάρμοσαν την τεχνική στην επεξεργασία γυάλινων επιφανειών με υπερβραχεία παλμική δέσμη λέιζερ. Ο μετατρεπόμενος παλμός πυροδοτείται μία φορά στο πίσω μέρος του γυάλινου υποστρώματος για να δημιουργηθεί μια οπή 67-νανομέτρων στο υλικό, μέγεθος που είναι περίπου το 1/16 του μήκους κύματος της δέσμης λέιζερ, βελτιώνοντας σημαντικά την ακρίβεια επεξεργασίας.
Αυτή η ανακάλυψη όχι μόνο βελτιώνει την ακρίβεια της άμεσης επεξεργασίας υλικού χρησιμοποιώντας ένα ενισχυμένο διαμήκη ηλεκτρικό πεδίο, αλλά μας παρέχει επίσης έναν απλό τρόπο για να πραγματοποιήσουμε κλίμακες επεξεργασίας μικρότερες από 100 νανόμετρα», δήλωσε ο Yuichi Kozawa, αναπληρωτής καθηγητής στο Ινστιτούτο Πολυεπιστημονικών του Πανεπιστημίου Tohoku. Έρευνα σε προηγμένα υλικά (IMRAM) και συν-συγγραφέας της εργασίας. Αυτό θα ανοίξει νέες δυνατότητες για νανοκατασκευή λέιζερ σε διάφορους βιομηχανικούς και επιστημονικούς τομείς."